微流體實(shí)現(xiàn)光照控制 醫(yī)療檢測(cè)儀將家庭化

   在一根比頭發(fā)絲粗不了多少的細(xì)小管線中，在不同的光照強(qiáng)度下，管線中的液體或蜿蜒而行，或克服重力爬坡，仿佛一道光變身“魔杖”，馭“水”有術(shù)。

　9月8日，復(fù)旦大學(xué)宣布，該校材料科學(xué)系與聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在光控微流體研究上取得重大突破，首次完成了可達(dá)到實(shí)用效果的光控微流體技術(shù)，未來(lái)它或許能夠讓“芯片實(shí)驗(yàn)室”成為醫(yī)療檢測(cè)儀器家庭化的福音。北京時(shí)間9月8日凌晨，國(guó)際權(quán)威期刊《自然》雜志在其主刊上正式發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。

   復(fù)旦大學(xué)俞燕蕾教授團(tuán)隊(duì)

　原理：光照讓微量液體在微管中運(yùn)動(dòng)

　從2003年起，復(fù)旦大學(xué)俞燕蕾教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)材料學(xué)科和控制學(xué)科等多領(lǐng)域交叉合作，最終利用仿生學(xué)原理，模擬人類血管的彈性和韌性優(yōu)點(diǎn)，找到了一種適合的高分子液晶新材料，并將合成為光控微流體技術(shù)中的微管執(zhí)行器。

　9月8日，在實(shí)驗(yàn)室看到微管執(zhí)行器直徑僅為0.5mm，比頭發(fā)粗不了多少，而這正是這項(xiàng)最新成果的核心技術(shù)所在。

　通過(guò)光線的照射，微量液體可在微管執(zhí)行器中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳送或化學(xué)反應(yīng)。復(fù)旦團(tuán)隊(duì)研發(fā)的光控微流體技術(shù)通過(guò)改變光照條件就能夠精確控制液體運(yùn)動(dòng)的方向和速率，實(shí)現(xiàn)以往無(wú)法完成的長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)（連續(xù)驅(qū)動(dòng)微量液體運(yùn)動(dòng)超過(guò)50毫米），甚至可以使微量液體攪拌、融合、克服重力爬坡，及產(chǎn)生S形和螺旋形運(yùn)動(dòng)軌跡。

　光照究竟是如何讓微量液體在微管中發(fā)生移動(dòng)或變化呢？奧秘就在于這種新型微管具有的柔性和彈性，可以在光照的作用下發(fā)生新的形狀變化。

　團(tuán)隊(duì)成員呂久安解釋：“從外部來(lái)看，最明顯的就是光照之后，這個(gè)微管執(zhí)行器可以由圓柱體變成錐形管，實(shí)際上是因?yàn)楫a(chǎn)生形變之后，內(nèi)部的液體有一個(gè)拉普拉斯壓差，在這個(gè)壓差的作用下，液體就會(huì)自發(fā)涌動(dòng)了?！?/SPAN>

　據(jù)介紹，這種新型微管中的液體運(yùn)動(dòng)速度可以高達(dá)每秒鐘6毫米，是過(guò)去光控微流體技術(shù)的幾十倍，且光致形變可逆循環(huán)100次，微管執(zhí)行器無(wú)明顯疲勞。

　“這種微管還可以通過(guò)光照讓不同液體進(jìn)行融合或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了微操作的技術(shù)要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，新型光控微流體技術(shù)可以適用于各種類型的液體，比如水溶液、血清蛋白溶液、細(xì)胞培養(yǎng)液、乙醇、植物油、汽油等，理論上可以滿足各種技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的要求。”俞燕蕾說(shuō)。

　意義：“芯片實(shí)驗(yàn)室”有望走入尋常百姓家

　用光“駕馭”水，一直是科學(xué)家努力的目標(biāo)。因?yàn)楫?dāng)今許多高新技術(shù)，例如集成電子、精密儀器，醫(yī)療設(shè)備，生物制藥等領(lǐng)域，都離不開微量液體的傳輸，而這卻需要大型的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。

　在一塊幾平方厘米大小的芯片上集成生物和化學(xué)領(lǐng)域所涉及的基本操作單元，通過(guò)微流控技術(shù)完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析，是近年來(lái)日趨熱門的“芯片實(shí)驗(yàn)室”概述。而要實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，微流控系統(tǒng)的簡(jiǎn)化勢(shì)在必行。

　“現(xiàn)在很多微流控技術(shù)，本身芯片很小，但是由于微管材質(zhì)是非響應(yīng)性的，因此需要外部再連接大型的泵，才能驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)，所以整個(gè)微流控系統(tǒng)很難做到很簡(jiǎn)化，或者便攜、集成化。”俞燕蕾說(shuō)。

　俞燕蕾表示，此次團(tuán)隊(duì)取得重大突破的光控微流體技術(shù)有望簡(jiǎn)化微流控系統(tǒng)，將來(lái)還將進(jìn)一步做到集成化、小型化，在微反應(yīng)器、芯片實(shí)驗(yàn)室、微光機(jī)械系統(tǒng)等領(lǐng)域都將“大展拳腳”，“今后還有可能將這樣的芯片實(shí)驗(yàn)室做到價(jià)廉物美，走入尋常百姓家?！?/SPAN>

　“今后一旦應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，比如在醫(yī)院驗(yàn)血時(shí)，孕婦可能不用被抽好幾管血了，只需在集成了光控微管的驗(yàn)血設(shè)備中滴上幾滴就行。甚至，有可能讓這樣的設(shè)備進(jìn)入普通家庭，市民在家就能驗(yàn)血檢測(cè)?！眻F(tuán)隊(duì)成員展望未來(lái)。

　目前，該研究成果已申報(bào)中國(guó)發(fā)明專利和國(guó)際PCT專利。